JP4675242B2 - In-vehicle wireless communication device - Google Patents
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Description
本発明は、車載用無線通信装置に関し、さらに詳しくは、デジタル変調された無線通信信号を復調するための復調器、並びにこれを用いた車載受信機に関するものである。 The present invention relates to an in-vehicle wireless communication apparatus, and more particularly to a demodulator for demodulating a digitally modulated wireless communication signal and an in-vehicle receiver using the demodulator.
近年、車載分野においてもETC(Electronics Toll Collection)やDSRC(Dedicated Short Range Communication)といった車載用無線通信システムが実用化され、車載器と路側装置との間の無線通信をデジタル無線通信で実施している。また、既にETCは高速道路の自動料金収集システムとして稼動している。これらのシステムはARIB−STD−T75などに規格化されている。即ち、このシステムは、車両に搭載された車載器と路側に設けられた路側装置間での無線通信により、5.8GHz帯の搬送波周波数を使用する。またARIB−STD−T75規格にはアップリンク用、ダウンリンク用にそれぞれ7チャンネルずつ割り当てられており、各チャンネルの配置は図8のようになっている。図8では、アップリンク用、ダウンリンク用の各チャンネルが周波数の低い順に配置されている。
また、ARIB−STD−T75規格ではアップリンク周波数とダウンリンク周波数はペアになっており、図8のチャンネル配置から明らかなように、アップリンクとダウンリンクでは40MHz離れたチャンネルを使用することとなる。例えば、アップリンク7チャンネルは5.815GHz、ダウンリンク7チャンネルは5.775GHzであり、その差は0.04GHzつまり40MHz離れている。また、車載器は規格において単向通信、または半二重通信のみ定義されている。
In recent years, in-vehicle field, in-vehicle wireless communication systems such as ETC (Electronics Toll Collection) and DSRC (Dedicated Short Range Communication) have been put into practical use, and wireless communication between in-vehicle devices and roadside devices has been implemented by digital wireless communication. Yes. ETC is already operating as an automatic toll collection system for expressways. These systems are standardized in ARIB-STD-T75 and the like. That is, this system uses a carrier frequency of 5.8 GHz band by wireless communication between the vehicle-mounted device mounted on the vehicle and the roadside device provided on the roadside. In addition, according to the ARIB-STD-T75 standard, 7 channels are allocated for each of the uplink and the downlink, and the arrangement of each channel is as shown in FIG. In FIG. 8, the uplink and downlink channels are arranged in ascending order of frequency.
Further, in the ARIB-STD-T75 standard, the uplink frequency and the downlink frequency are paired, and as is clear from the channel arrangement of FIG. 8, channels that are 40 MHz apart are used in the uplink and the downlink. . For example, the uplink 7 channel is 5.815 GHz, the downlink 7 channel is 5.775 GHz, and the difference is 0.04 GHz or 40 MHz apart. In addition, in-vehicle devices are defined only by one-way communication or half-duplex communication in the standard.
ところで、受信機のRF構成はいろいろな種類が考えられ、一般的にはスーパーヘテロダイン方式やダイレクトコンバージョン方式またはLO−IF方式などが採用されている。ARIB−STD−T75規格のシステムでもいろいろなRF構成が考えられる。
図7に従来の受信系RF構成図を示す。同図における受信機は、高周波信号を受信するアンテナ50と、アンテナ50からの入力信号を使用する全受信チャンネル使用帯域で制限する帯域制限フィルタ(BPF1)51と、BPF1−51の出力信号を増幅する低雑音増幅器(LNA)52と、LNA52の出力を中間周波数に変換するためのミキサ(Mix)53と、ミキサ53のミキシング周波数を決定する周波数可変なSYNVCO59と、ミキサ53の出力である中間周波帯信号を増幅するIFAMP54と、IFAMP54の出力を帯域制限するためのBPF2−55と、BPF2−55の出力をサンプリングしてディジタルデータに変換するADC1−56と、ADC1−56により変換されたディジタルデータから信号を復調するdemodulator57と、SYNVCO59を制御するcontroller58と、を備えて構成される。
By the way, various types of RF configurations of the receiver are conceivable, and in general, a superheterodyne system, a direct conversion system, an LO-IF system, or the like is adopted. Various RF configurations are also conceivable in the ARIB-STD-T75 standard system.
FIG. 7 shows a configuration diagram of a conventional receiving system RF. The receiver in the figure amplifies the output signal of an
尚、IF帯信号をアンダーサンプリングにより復調処理する方式は従来技術として特許文献1や特許文献2などに開示されている。アンダーサンプリングにすることで、本来アナログ回路で行うベースバンドへのダウンコンバージョンと直行変換回路をディジタル化できるので、アナログ回路の小型化が実現でき、更にADCのサンプリング周波数が低くなるので、ディジタル信号処理による復調処理の動作周波数を低くすることが可能となり、受信機の小電力化を実現することができるというメリットがある。
前述したようにARIB−STD−T75規格のシステムでは、送受信機のチャネルが40MHz離れていることから、受信用のRF周波数変換を送信チャネルと同じ周波数の局部発信器でミキシングすると、受信IF信号として40MHzを中心とした信号が得られる。このようにすることで、受信RF信号は40MHzのIF信号までダウンコンバージョンされて、アンダーサンプリング手法を使って復調処理を行うことができるため、前述のようにアナログ回路の小型化を実現できる。また、前記のように送受信で局部発振器をひとつで実現できるというメリットもある。
A method for demodulating an IF band signal by undersampling is disclosed in
As described above, in the ARIB-STD-T75 standard system, the transmitter / receiver channel is 40 MHz away. Therefore, when the RF frequency conversion for reception is mixed with a local transmitter having the same frequency as the transmission channel, the received IF signal is obtained. A signal centered at 40 MHz is obtained. In this way, the received RF signal is down-converted to an IF signal of 40 MHz and can be demodulated using an undersampling technique, so that the analog circuit can be downsized as described above. In addition, as described above, there is an advantage that a single local oscillator can be realized by transmission and reception.
図6は受信信号とアンダーサンプリングの関係を示す図である。縦軸にパワーレベル、横軸に周波数を表す。これは、サンプリング周波数Fsを32MHzにしたときに、40MHzの受信信号40が8MHzを中心とした受信帯域に現れる様子を示している。即ち、Fs(32MHz)から8MHz離れたところに40MHzの受信信号40が現れ、反対側に24MHzと、8MHzにアンダーサンプリング41、42が現れる。しかし、アンダーサンプリング手法ではサンプリング周波数の1/2の帯域が折り重なるため、受信する信号帯域以外の隣接波等の妨害波の影響を十分に考慮する必要がある。そのため、図5に示すように受信信号33以外の帯域を帯域制限フィルタ(BPF)で十分にカットしなくてはいけない(特性32)。即ち、Fs/2と3/2*Fsの帯域に信号34、35、31、30が現れるので、32のようなフィルタ特性を持つBPFにより、受信信号33以外の信号をカットする必要がある。
一方、前記のようなARIB−STD−T75規格のシステムにおいて、車載受信機は路側器と通信を行うために、まず最初に通信可能な接続チャネルを走行中に探す必要がある。図8のように7チャネル存在するダウンリンク・チャネルの中から順番にパワーサーチと路側器からのFCMS(フレームコントロールメッセージスロット)を検出し、CRC検定によるエラーチャックを行い、正常に受信できるかをチェックする必要がある。規格では周波数選定時間が定義されており、最大9スロットのフレームを9フレーム時間となっている。つまりチャンネルあたり最大63msec時間が必要となり、もしも全チャンネルが使用中で受信可能な状態であったなら、全チャネルをサーチし、受信状況が良好で最大のパワーを示すチャネルを選択するのに最大で441msecの時間が必要となる。これは時速120kmで走行中の車両の場合、約15mも進むこととなる。
このように、LO−IF方式によりIF帯域の信号をADCへ入力し、ディジタル信号処理で変復調処理を行う構成にもかかわらず、アンダーサンプリング手法を使った受信機の場合、回路の小型化、省電力化といったメリットがある反面、ディジタル復調部へ入力される信号はサンプリング周波数の1/2の帯域に制限されるので、接続チャンネルの選択処理を行うのにチャネル毎に受信周波数を変更して受信パワーを検出し、受信電波状況を確認するのに十分な時間が必要となるといった問題がある。
On the other hand, in the ARIB-STD-T75 standard system as described above, in order to communicate with the roadside device, the in-vehicle receiver needs to first search for a connectable channel while traveling. As shown in Fig. 8, the power search and FCMS (frame control message slot) from the roadside unit are detected in order from the downlink channels that exist in 7 channels, error check is performed by CRC verification, and whether it can be received normally. Need to check. The standard defines a frequency selection time, and a frame of a maximum of 9 slots is 9 frame times. In other words, a maximum of 63 msec per channel is required, and if all channels are in use and can be received, it is a maximum to search all channels and select a channel with good reception status and maximum power. A time of 441 msec is required. In the case of a vehicle that is traveling at a speed of 120 km / h, it will travel about 15 m.
In this way, in the case of a receiver using the undersampling technique, the IF band signal is input to the ADC by the LO-IF method and the modulation / demodulation process is performed by digital signal processing. On the other hand, there is a merit such as power consumption, but the signal input to the digital demodulator is limited to 1/2 the band of the sampling frequency, so the reception frequency is changed for each channel to receive the connection channel selection process. There is a problem that sufficient time is required to detect the power and confirm the received radio wave condition.
本発明は、かかる課題に鑑み、高周波受信信号を周波数変換して得られたIF帯信号の周波数よりも低い周波数でサンプリングするアンダーサンプリング方式を用いた車載用無線通信装置の受信機において、IF信号を使用信号帯域で制限してアンダーサンプリングすると共に、IF帯周波数の2倍以上の周波数でサンプリングし、受信チャンネル選択時のみIF周波数以下に全チャネルが配置されるように局部発信器周波数を設定し、算出されたパワースペクトラムから各チャネルのパワー値の大きい順にチャネル選択順を決定することにより、最大パワーのチャンネルから効率よく基地局を選択することが可能な車載用無線通信装置を提供することを目的とする。 In view of such problems, the present invention provides a receiver for an in-vehicle wireless communication apparatus using an undersampling method that samples at a frequency lower than the frequency of an IF band signal obtained by frequency-converting a high-frequency reception signal. Is limited by the signal band used, undersampling is performed, sampling is performed at a frequency more than twice the IF band frequency, and the local oscillator frequency is set so that all channels are placed below the IF frequency only when the reception channel is selected. To provide an in-vehicle wireless communication device capable of efficiently selecting a base station from a channel with the maximum power by determining the channel selection order from the calculated power spectrum in the descending order of the power value of each channel. Objective.
本発明はかかる課題を解決するために、請求項1は、アンテナからの入力信号を全受信チャネルの使用帯域で制限する帯域制限フィルタと、該帯域制限フィルタの出力信号を増幅する増幅器と、該増幅器の出力を中間周波数に変換するミキサと、該ミキサのミキシング周波数を決定する周波数可変な局部発振器と、前記ミキサ出力である中間周波帯信号を増幅する中間周波増幅器と、該中間周波増幅器の出力を帯域制限するための中間周波帯域制限フィルタと、該中間周波帯域制限フィルタの出力をサンプリングしてディジタルデータに変換する第1のAD変換器と、を備え、前記第1のAD変換器の出力をディジタル信号処理により復調し、受信中間周波数の2倍より低い周波数により、前記中間周波帯信号を前記第1のAD変換器によりサンプリングするアンダーサンプリング方式を用いた車載用無線通信装置の受信機であって、前記中間周波数のDC成分をカットするための高域通過フィルタと、該高域通過フィルタを通過した中間周波帯信号を該中間周波帯信号周波数の2倍以上のナイキスト条件を満足する周波数により前記中間周波増幅器の出力をサンプリングする第2のAD変換器と、該第2のAD変換器の出力のパワースペクトラムを算出するパワースペクトラム算出部と、受信チャネル選択時のみ、中間周波帯周波数以下に全チャネルが配置されるように前記局部発信器の周波数を設定し、前記中間周波増幅器の出力を前記第2のAD変換器を使用してディジタルデータにサンプリングし、前記パワースペクトラム算出部の出力信号を用いて複数の受信チャネル信号の各チャネルパワー算出値から、各チャネル信号のレベル判定をすることにより、最大パワーチャネルからパワーの大きい順にチャネル選択順を決定するチャネル選択部と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve such a problem, the present invention provides a band limiting filter for limiting an input signal from an antenna in a use band of all reception channels , an amplifier for amplifying an output signal of the band limiting filter, A mixer for converting the output of the amplifier into an intermediate frequency, a frequency variable local oscillator for determining a mixing frequency of the mixer, an intermediate frequency amplifier for amplifying an intermediate frequency band signal as the mixer output, and an output of the intermediate frequency amplifier An intermediate frequency band limiting filter for limiting the frequency of the signal, and a first AD converter that samples and converts the output of the intermediate frequency band limiting filter into digital data, and outputs the first AD converter. Is demodulated by digital signal processing, and the intermediate frequency band signal is converted by the first AD converter at a frequency lower than twice the reception intermediate frequency. A receiver for an in-vehicle wireless communication apparatus using an undersampling method that performs sampling, a high-pass filter for cutting off the DC component of the intermediate frequency, and an intermediate frequency band signal that has passed through the high-pass filter A second AD converter that samples the output of the intermediate frequency amplifier at a frequency that satisfies a Nyquist condition that is twice or more the signal frequency of the intermediate frequency band, and a power spectrum of the output of the second AD converter. The frequency of the local oscillator is set so that all channels are arranged below the intermediate frequency band only when the power spectrum calculation unit and the reception channel are selected, and the output of the intermediate frequency amplifier is set to the second AD converter Is used to sample digital data, and the output signal of the power spectrum calculation unit is used to output a plurality of reception channel signals. From each channel power calculated value, by the level determination for each channel signal, characterized by comprising a channel selector for determining a channel selection order from the maximum power channels in descending order of power, the.
本発明は、中間周波信号を使用信号帯域で制限する中間周波帯域制限フィルタを通した後、アンダーサンプリングするための第1のAD変換器のほかに、中間周波信号からDC成分カット用の高域通過フィルタを通して、中間周波帯周波数の2倍以上の周波数でサンプリングする第2のAD変換器を使用し、受信チャネル選択時のみ、中間周波数以下に全チャネル(ダウンリンクとアップリンク)が配置されるように局部発信器周波数を設定し、全チャネルの信号が含まれる第2のAD変換器の出力信号からそのパワースペクトラムを算出し、このパワースペクトラムから各チャネルのパワー値の大きい順にチャネル選択順を決定する。 In addition to the first AD converter for undersampling after passing through an intermediate frequency band limiting filter that limits the intermediate frequency signal in the used signal band, the present invention provides a high frequency band for cutting DC components from the intermediate frequency signal. All channels (downlink and uplink) are placed below the intermediate frequency only when the reception channel is selected using the second AD converter that samples at a frequency that is at least twice the frequency of the intermediate frequency band through the pass filter. In this way, the local oscillator frequency is set, the power spectrum is calculated from the output signal of the second AD converter including the signals of all channels , and the channel selection order is set in descending order of the power value of each channel from this power spectrum. decide.
請求項2は、アンテナからの入力信号を全受信チャネルの使用帯域で制限する帯域制限フィルタと、該帯域制限フィルタの出力信号を増幅する増幅器と、該増幅器の出力を中間周波数に変換するミキサと、該ミキサのミキシング周波数を決定する周波数可変な局部発振器と、前記ミキサ出力である中間周波帯信号を増幅する中間周波増幅器と、該中間周波増幅器の出力を帯域制限するための中間周波帯域制限フィルタと、該中間周波帯域制限フィルタの出力をサンプリングしてディジタルデータに変換するAD変換器と、を備え、前記AD変換器の出力をディジタル信号処理により復調し、受信中間周波帯周波数の2倍より低い周波数により、前記中間周波帯信号を前記AD変換器によりサンプリングするアンダーサンプリング方式を用いた車載用無線通信装置の受信機であって、前記中間周波数のDC成分をカットするための高域通過フィルタと、前記中間周波帯域制限フィルタの出力と前記高域通過フィルタの出力の何れかを選択するセレクタと、受信チャネル選択時のみ、中間周波帯周波数以下に全チャネルが配置されるように局部発信器周波数を設定し、前記高域通過フィルタ出力を選択するように前記セレクタにより切り替えて、前記高域通過フィルタを通過した中間周波帯信号成分までの周波数成分を持つ中間周波信号を前記AD変換器のサンプリング周波数を前記中間周波数の2倍以上のナイキスト条件を満足する周波数に変更し、前記中間周波増幅器の出力信号を前記AD変換器によりディジタル信号にサンプリングし、前記AD変換器の出力信号のパワースペクトラムを算出するパワースペクトラム算出部と、前記パワースペクトラム算出部の出力信号を用いて前記複数の受信チャネル信号の各チャネルパワー算出値から、各チャネル信号のレベル判定をすることにより、最大パワーチャネルからパワーの大きい順にチャネル選択順を決定するチャネル選択部と、を備えたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a band limiting filter that limits an input signal from an antenna in a use band of all reception channels , an amplifier that amplifies an output signal of the band limiting filter, and a mixer that converts an output of the amplifier to an intermediate frequency. A variable frequency local oscillator that determines the mixing frequency of the mixer, an intermediate frequency amplifier that amplifies the intermediate frequency signal that is the mixer output, and an intermediate frequency band limiting filter that limits the output of the intermediate frequency amplifier And an AD converter for sampling the output of the intermediate frequency band limiting filter and converting it to digital data, demodulating the output of the AD converter by digital signal processing, An undersampling method in which the intermediate frequency band signal is sampled by the AD converter at a low frequency is used. A receiver for an on-board wireless communication apparatus, wherein a high-pass filter for cutting a DC component of the intermediate frequency, an output of the intermediate-frequency band limiting filter, or an output of the high-pass filter is selected Only when selecting a receiving channel , set the local oscillator frequency so that all channels are arranged below the intermediate frequency, and switch by the selector to select the high-pass filter output, The intermediate frequency signal having a frequency component up to the intermediate frequency band signal component that has passed through the high-pass filter is changed to a frequency that satisfies the Nyquist condition of the sampling frequency of the AD converter more than twice the intermediate frequency, and the intermediate frequency signal The output signal of the frequency amplifier is sampled into a digital signal by the AD converter, and the power spectrum of the output signal of the AD converter is sampled. A power spectrum calculation unit for calculating a ram, and by determining the level of each channel signal from each channel power calculation value of the plurality of reception channel signals using the output signal of the power spectrum calculation unit, from the maximum power channel A channel selection unit that determines a channel selection order in descending order of power.
請求項1のような第2のAD変換器を使う代わりに、AD変換器のサンプリング周波数を動的に変更して、一つのAD変換器で実現できるようにしたものである。これによりAD変換器を2つ搭載する必要がなくなるのでコスト面でメリットがある。また、基本的な動作手順は請求項1と同じであるが、チャネル選択中は中間周波帯域制限フィルタによる帯域制限された信号からDCカット用の高域通過フィルタ出力信号を使うようにセレクタで信号パスを切り替える。同時にAD変換器のサンプリング周波数を高速化する。これにより、全チャネルのパワー算出が可能となり、チャネル選択順序を決定できる。
Instead of using the second AD converter as in
請求項3は、前記パワースペクトラム算出部は、高速フーリエ変換により周波数解析を行うことにより、前記受信チャネル信号の各チャネル周波数のパワー値を算出することを特徴とする。
スペクトラム情報を取得するためのパワースペクトラム算出部は、高速に行なう必要がある。そのためにはハードウェアにより実現するのが速度的に有利である。本発明では高速フーリエ変換(FFT)により、周波数解析を行うことにより、受信チャネル信号の各チャネル周波数のパワー値を算出するものである。
According to a third aspect of the present invention, the power spectrum calculation unit calculates a power value of each channel frequency of the reception channel signal by performing frequency analysis by fast Fourier transform.
The power spectrum calculation unit for acquiring the spectrum information needs to be performed at high speed. For this purpose, it is advantageous in terms of speed to be realized by hardware. In the present invention, the power value of each channel frequency of the received channel signal is calculated by performing frequency analysis by fast Fourier transform (FFT).
請求項4は、前記パワースペクトラム算出部は、各受信チャネルの周波数を中心周波数とし、帯域幅を変調帯域に設定した帯域制限フィルタ群を並列に配置し、各チャネル毎の前記帯域制限フィルタ出力のパワー値を算出することを特徴とする。
帯域制限フィルタ群を並列に配置することにより、各チャネル毎の帯域制限フィルタ出力のパワー値を算出することができ、演算の速度を速めることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, the power spectrum calculation unit arranges in parallel a band limiting filter group having a frequency of each reception channel as a center frequency and a bandwidth set to a modulation band, and outputs the band limiting filter output for each channel . The power value is calculated.
By arranging the band limiting filter groups in parallel, the power value of the band limiting filter output for each channel can be calculated, and the calculation speed can be increased.
本発明によれば、高速で移動する車載用無線通信装置の受信機において、基地局からの電波を検出し、全チャネルのパワーを一度に確認できるようにすることで、最大パワーのチャネルから効率よく基地局を選択することが可能となり、高速で走行中の車両が通信エリアを通過するまでに、確実に基地局を選択することができる。
According to the present invention, in the receiver of the in-vehicle radio communication device moving at high speed, to detect radio waves from the base station, by allowing check the power of all channels at a time, the efficiency from the channel of maximum power It is possible to select a base station well, and it is possible to select a base station reliably before a vehicle traveling at high speed passes through the communication area.
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る車載用無線受信装置のブロック図である。この車載用無線受信装置100は、アンテナ1からの入力信号を、全受信チャンネルの使用帯域で制限するBPF(帯域制限フィルタ)2と、BPF2の出力信号を増幅するローノイズアンプLNA(増幅器)3と、LNA3の出力を中間周波数に変換するMix(ミキサ)4と、Mix4のミキシング周波数を決定する周波数可変なSYNVCO(局部発振器)10と、Mix4出力である中間周波帯信号を増幅するIF AMP(中間周波増幅器)5と、IF AMP5の出力を帯域制限するためのIF−BPF(中間周波帯域制限フィルタ)6と、IF−BPF6の出力をサンプリングしてディジタルデータに変換するADC(第1のAD変換器)7と、中間周波数のDC成分をカットするためのHPF(高域通過フィルタ)11と、HPF11を通過した中間周波帯信号を中間周波帯信号周波数の2倍以上のナイキスト条件を満足する周波数によりIF AMP5の出力をサンプリングするADC(第2のAD変換器)12と、ADC12の出力のパワースペクトラムを算出するパワースペクトラム算出部13と、受信チャンネル選択時のみ、中間周波帯周波数以下に全チャネルが配置されるようにMix4の周波数を設定し、IF AMP5の出力をADC12を使用してディジタルデータにサンプリングし、パワースペクトラム算出部13の出力信号を用いて複数の受信チャネル信号の各チャネルパワー算出値から、各チャネル信号のレベル判定をすることにより、最大パワーチャネルからパワーの大きい順にチャネル選択順を決定するチャンネル選択部14と、復調器8と、全体を制御するコントローラ9と、を備えて構成されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .
FIG. 1 is a block diagram of an in-vehicle wireless receiving apparatus according to the first embodiment of the present invention. The in-vehicle
図1の受信機は、高周波信号を受信するアンテナ1と、アンテナ1からの入力信号を使用する全受信チャンネル使用帯域で制限する帯域制限フィルタ(BPF)2と、BPF2の出力信号を増幅する低雑音増幅器(LNA)3と、LNA3の出力を中間周波数に変換するためのミキサ4で構成されている。また、ミキサ4には局部発振器10が接続され、ミキシングする周波数を決定している。ミキサ4の出力はIF増幅器(IFアンプ5)と、IF帯の帯域制限フィルタ6を介してADC7に接続しており、ADC7の出力端は復調部8に接続している。
通常受信時は選択している送信チャネルの周波数に局部発振器10の周波数を設定することで、受信IF信号が40MHzのところに現れる。このときADC7のサンプリング周波数を32MHzに設定すれば、アンダーサンプリングによりディジタル化された信号は0Hz〜16MHzの帯域の幅を持ち、前記の40MHzのIF信号は8MHzのところに現れることとなる。以上は、使用するチャンネルが決まった後の処理である。
The receiver shown in FIG. 1 includes an
During normal reception, the reception IF signal appears at 40 MHz by setting the frequency of the
一般に基地局が使用しているチャンネル番号はわからないので、最初は基地局の使用チャンネルをサーチして、その後、接続処理を行い、接続後にデータ通信を開始できる。したがって、走行中は常にチャンネル検出状態にしておく必要がある。前述のように、チャンネル毎に局部発信器10の周波数を変更してチャンネル検出処理を行うと、7チャンネル分の検出処理に441msecもの時間を必要とする可能性がある。そこで、チャンネル選択中は、前記ADC7の代わりにADC12を使用する。
In general, since the channel number used by the base station is not known, the channel used by the base station is searched first, then connection processing is performed, and data communication can be started after connection. Therefore, it is necessary to always be in a channel detection state while traveling. As described above, if the channel detection process is performed by changing the frequency of the
このとき、図3のようにIFアンプ5出力にすべてのチャンネルが現れるように、局部発信器10の周波数を設定する。図3の場合DL7のチャネルが最低周波数なので、DL7の5.775GHzに10MHz程度の余裕度を加えて、5.765GHzに局部発信器10の周波数を設定する。このときIFアンプ5出力のDC成分をカットするため、図1のようにHPF11を通しておく。また、ADC12のサンプリング周波数は、図3のようにアップリンクチャンネルも含めて、すべてのチャンネルがナイキスト周波数内に収まるように、設定する。たとえば、マージンを含めて180MHzでサンプリングすればよい。
At this time, the frequency of the
ADC12でサンプリングされたディジタル信号は、図1のようにパワースペクトラム算出部13を介して得られた各チャンネルのパワー値から、パワーの大きいチャネルから順番に番号を並べ替える。この順番をもとにコントローラ部9は周波数設定を行い、通常受信モードに戻してADC7により受信したフレームを解析する。もちろん、パワーがないと判定されたチャネルは受信対象外とする。判定には閾値を用いて実施すればよい。
このようにすることで、最大パワーのチャンネル番号を短時間で検出できるので、周波数選択処理に要する時間が短くて済む。
The digital signal sampled by the ADC 12 is rearranged in order from the channel with the highest power based on the power value of each channel obtained through the power spectrum calculation unit 13 as shown in FIG. Based on this order, the controller unit 9 sets the frequency, returns to the normal reception mode, and analyzes the frame received by the ADC 7. Of course, a channel determined to have no power is excluded from reception. The determination may be performed using a threshold value.
In this way, the maximum power channel number can be detected in a short time, and the time required for the frequency selection process can be shortened.
図2は本発明の第2の実施形態に係る車載用無線受信装置のブロック図である。同じ構成要素には図1と同じ参照番号を付して説明する。この車載用無線受信装置110は、アンテナ1からの入力信号を全受信チャンネルの使用帯域で制限するBPF(帯域制限フィルタ)2と、BPF2の出力信号を増幅するローノイズアンプLNA(増幅器)3と、LNA3の出力を中間周波数に変換するMix(ミキサ)4と、ミキサ4のミキシング周波数を決定する周波数可変なSYNVCO(局部発振器)10と、Mix4出力である中間周波帯信号を増幅するIF AMP(中間周波増幅器)5と、IF AMP5の出力を帯域制限するためのIF−BPF(中間周波帯域制限フィルタ)6と、IF−BPF6の出力をサンプリングしてディジタルデータに変換するADC(第1のAD変換器)7と、受信中間周波帯周波数のDC成分をカットするためのHPF(高域通過フィルタ)11と、IF−BPF6の出力とHPF11の出力の何れかを選択するセレクタ15と、受信チャンネル選択時のみ、中間周波数以下に全チャネルが配置されるように局部発信器周波数を設定し、HPF11の出力を選択するようにセレクタ15により切り替えて、HPF11を通過した中間周波帯信号成分までの周波数成分を持つ中間周波信号をAD変換器7のサンプリング周波数を受信中間周波帯周波数の2倍以上のナイキスト条件を満足する周波数に変更し、IF AMP5の出力信号をAD変換器7によりディジタル信号にサンプリングし、AD変換器7の出力信号のパワースペクトラムを算出するパワースペクトラム算出部13と、パワースペクトラム算出部13の出力信号を用いて複数の受信チャネル信号の各チャネルパワー算出値から、各チャネル信号のレベル判定をすることにより、最大パワーチャネルからパワーの大きい順にチャネル選択順を決定するチャンネル選択部14と、復調器8と、全体を制御するコントローラ9と、を備えて構成される。
FIG. 2 is a block diagram of an in-vehicle wireless receiver according to the second embodiment of the present invention. The same components will be described with the same reference numerals as in FIG. The in-vehicle
本実施形態では、図1のようなADC12を使う変わりに、ADC7のサンプリング周波数を動的に変更して、一つのADC7で実現できるようにしたものである。これによりADCを2つ搭載する必要がなくなるのでコスト面でメリットがある。基本的な動作手順は前述の説明と同じであるが、チャネル選択中は図2のようにBPF6による帯域制限された信号からDCカット用のHPF11の出力信号を使うようにセレクタ15で信号パスを切り替える。同時にADC7のサンプリング周波数を180MHzまで高速化する。これにより、全チャネルのパワー算出が可能となり、第1の実施形態と同じようにチャンネル選択順序を決定できる。
In this embodiment, instead of using the ADC 12 as shown in FIG. 1, the sampling frequency of the ADC 7 is dynamically changed so that it can be realized by one ADC 7. This eliminates the need to install two ADCs, which is advantageous in terms of cost. The basic operation procedure is the same as described above, but during channel selection, the signal path is changed by the
本発明に係る車載用無線通信装置の受信機は、高周波受信信号を周波数変換して得られたIF帯信号の周波数よりも低い周波数で高周波受信信号をサンプリングするアンダーサンプリング方式を用いた車載用無線通信装置の受信機において、図1のようにIF信号を使用信号帯域で制限するBPF6を通した後、アンダーサンプリングするためのADC7以外にIF信号からDC成分カット用のHPF11を通して、IF帯周波数の2倍以上の周波数でサンプリングするADC12を使用し、受信チャンネル選択時のみ、図3のようにIF周波数以下に全チャネル(ダウンリンクとアップリンク)が配置されるように局部発信器周波数を設定し、全チャンネルの信号が含まれるADC12の出力信号からそのパワースペクトラムを算出し、図4のようなパワースペクトラムから各チャネルのパワー値の大きい順にチャネル選択順を決定する。図4では、アップリンクはUL2、UL5.UL7、UL1の順番で選択され、ダウンリンクはDL2、DL5、DL7、DL1の順番で選択される。
これにより、一定期間パワー算出をすれば、一度にすべての受信チャネルの受信パワー順が決定できるので最大パワーチャネルから順に受信電波状況を確認すれば、効率よくチャネル選択を行うことが可能となり、チャネル選択にかかる時間を大幅に短縮することができる。
The receiver of the in-vehicle wireless communication apparatus according to the present invention is an in-vehicle wireless using an undersampling method that samples a high-frequency received signal at a frequency lower than the frequency of the IF band signal obtained by frequency-converting the high-frequency received signal. In the receiver of the communication apparatus, after passing through the BPF 6 that restricts the IF signal in the use signal band as shown in FIG. 1, the IF band frequency is changed from the IF signal to the DC component cut HPF 11 in addition to the ADC 7 for undersampling. Using the ADC 12 that samples at a frequency of 2 times or more and setting the local oscillator frequency so that all channels (downlink and uplink) are placed below the IF frequency as shown in Fig. 3 only when the reception channel is selected. The power spectrum is calculated from the output signal of the ADC 12 including all channel signals. Determining the descending order in the channel selection order of power values of the respective channels from the power spectrum as a. In FIG. 4, the uplink is UL2, UL5. UL7 is selected in the order of UL1, and the downlink is selected in the order of DL2, DL5, DL7, DL1.
As a result, if the power is calculated for a certain period, the received power order of all the received channels can be determined at a time, so it is possible to efficiently select the channel by checking the received radio wave status in order from the maximum power channel. The time required for selection can be greatly reduced.
または第2の実施形態のように図2のようにADC7のサンプリング周波数を可変にし、受信チャネル選択時のみ前記のようにADC12のサンプリング周波数と同じ周波数に設定することで、第1の実施形態と同様にチャネル選択にかかる時間を大幅に短縮することができる。
また図4のようなスペクトラム情報を取得するためのパワースペクトラムの算出方法は、前記パワースペクトラム算出部は、高速フーリエ変換により周波数解析を行うことにより、受信チャネル信号の各チャネル周波数のパワー値を算出する方法と、各受信チャンネルの周波数を中心周波数とし、帯域幅を変調帯域に設定した帯域制限フィルタ群を並列に配置し、各チャンネル毎の帯域制限フィルタ出力のパワー値を算出するようにする方法がある。
Alternatively, as in the second embodiment, the sampling frequency of the ADC 7 is made variable as shown in FIG. 2 and is set to the same frequency as the sampling frequency of the ADC 12 as described above only when the reception channel is selected. Similarly, the time required for channel selection can be greatly reduced.
The power spectrum calculation method for acquiring spectrum information as shown in FIG. 4 is such that the power spectrum calculation unit calculates the power value of each channel frequency of the received channel signal by performing frequency analysis by fast Fourier transform. And a method of calculating the power value of the band limiting filter output for each channel by arranging in parallel a band limiting filter group having the frequency of each receiving channel as the center frequency and setting the bandwidth to the modulation band There is.
1 アンテナ、2 BPF、3 LNA、4 Mix、5 IF AMP、6 IF−BPF、7、8 復調器、9 コントローラ、10 SYNVCO、11 HPF、12 ADC、13 パワースペクトラム算出部、14 チャンネル選択部、100 車載用無線受信装置 1 antenna, 2 BPF, 3 LNA, 4 Mix, 5 IF AMP, 6 IF-BPF, 7, 8 demodulator, 9 controller, 10 SYNVCO, 11 HPF, 12 ADC, 13 power spectrum calculation unit, 14 channel selection unit, 100 On-vehicle wireless receiver
Claims (4)
受信中間周波数の2倍より低い周波数により、前記中間周波帯信号を前記第1のAD変換器によりサンプリングするアンダーサンプリング方式を用いた車載用無線通信装置の受信機であって、
前記中間周波数のDC成分をカットするための高域通過フィルタと、
該高域通過フィルタを通過した中間周波帯信号を該中間周波帯信号周波数の2倍以上のナイキスト条件を満足する周波数により前記中間周波増幅器の出力をサンプリングする第2のAD変換器と、
該第2のAD変換器の出力のパワースペクトラムを算出するパワースペクトラム算出部と、
受信チャネル選択時のみ、中間周波帯周波数以下に全チャネルが配置されるように前記局部発信器の周波数を設定し、前記中間周波増幅器の出力を前記第2のAD変換器を使用してディジタルデータにサンプリングし、前記パワースペクトラム算出部の出力信号を用いて複数の受信チャネル信号の各チャネルパワー算出値から、各チャネル信号のレベル判定をすることにより、最大パワーチャネルからパワーの大きい順にチャネル選択順を決定するチャネル選択部と、を備えたことを特徴とする車載用無線通信装置。 A band limiting filter for limiting an input signal from an antenna with a use band of all reception channels , an amplifier for amplifying an output signal of the band limiting filter, a mixer for converting the output of the amplifier to an intermediate frequency, and mixing of the mixer A variable frequency local oscillator for determining a frequency, an intermediate frequency amplifier for amplifying an intermediate frequency band signal as the mixer output, an intermediate frequency band limiting filter for band limiting the output of the intermediate frequency amplifier, and the intermediate frequency A first AD converter that samples and converts the output of the band limiting filter into digital data, and demodulates the output of the first AD converter by digital signal processing;
A receiver for an in-vehicle wireless communication device using an undersampling method in which the intermediate frequency band signal is sampled by the first AD converter at a frequency lower than twice the reception intermediate frequency;
A high-pass filter for cutting off the DC component of the intermediate frequency;
A second AD converter that samples the output of the intermediate frequency amplifier from the intermediate frequency band signal that has passed through the high-pass filter at a frequency that satisfies a Nyquist condition of at least twice the intermediate frequency band signal frequency;
A power spectrum calculation unit for calculating the power spectrum of the output of the second AD converter;
Only when a reception channel is selected, the frequency of the local oscillator is set so that all channels are arranged below the intermediate frequency band frequency, and the output of the intermediate frequency amplifier is digital data using the second AD converter. The channel selection order is determined in descending order of power from the maximum power channel by determining the level of each channel signal from each channel power calculation value of a plurality of reception channel signals using the output signal of the power spectrum calculation unit. An in-vehicle wireless communication apparatus comprising: a channel selection unit that determines
受信中間周波帯周波数の2倍より低い周波数により、前記中間周波帯信号を前記AD変換器によりサンプリングするアンダーサンプリング方式を用いた車載用無線通信装置の受信機であって、
前記中間周波数のDC成分をカットするための高域通過フィルタと、前記中間周波帯域制限フィルタの出力と前記高域通過フィルタの出力の何れかを選択するセレクタと、
受信チャネル選択時のみ、中間周波帯周波数以下に全チャネルが配置されるように局部発信器周波数を設定し、前記高域通過フィルタ出力を選択するように前記セレクタにより切り替えて、前記高域通過フィルタを通過した中間周波帯信号成分までの周波数成分を持つ中間周波信号を前記AD変換器のサンプリング周波数を前記中間周波数の2倍以上のナイキスト条件を満足する周波数に変更し、前記中間周波増幅器の出力信号を前記AD変換器によりディジタル信号にサンプリングし、前記AD変換器の出力信号のパワースペクトラムを算出するパワースペクトラム算出部と、
前記パワースペクトラム算出部の出力信号を用いて前記複数の受信チャネル信号の各チャネルパワー算出値から、各チャネル信号のレベル判定をすることにより、最大パワーチャネルからパワーの大きい順にチャネル選択順を決定するチャネル選択部と、を備えたことを特徴とする車載用無線通信装置。 A band limiting filter for limiting an input signal from an antenna with a use band of all reception channels , an amplifier for amplifying an output signal of the band limiting filter, a mixer for converting the output of the amplifier to an intermediate frequency, and mixing of the mixer A variable frequency local oscillator for determining a frequency, an intermediate frequency amplifier for amplifying an intermediate frequency band signal as the mixer output, an intermediate frequency band limiting filter for band limiting the output of the intermediate frequency amplifier, and the intermediate frequency An AD converter that samples and converts the output of the band limiting filter into digital data, and demodulates the output of the AD converter by digital signal processing;
A receiver for an in-vehicle wireless communication apparatus using an undersampling method in which the intermediate frequency band signal is sampled by the AD converter at a frequency lower than twice the reception intermediate frequency band;
A high-pass filter for cutting off the DC component of the intermediate frequency, a selector for selecting one of the output of the intermediate-frequency band limiting filter and the output of the high-pass filter;
Only when the reception channel is selected, the local oscillator frequency is set so that all channels are arranged below the intermediate frequency band, and the high-pass filter is switched by the selector so as to select the high-pass filter output. The intermediate frequency signal having a frequency component up to the intermediate frequency band signal component that has passed through is changed to a frequency that satisfies the Nyquist condition of the sampling frequency of the AD converter more than twice the intermediate frequency, and the output of the intermediate frequency amplifier A power spectrum calculation unit for sampling a signal into a digital signal by the AD converter and calculating a power spectrum of an output signal of the AD converter;
By determining the level of each channel signal from the calculated channel power values of the plurality of reception channel signals using the output signal of the power spectrum calculation unit, the channel selection order is determined in descending order of power from the maximum power channel. An in-vehicle wireless communication device comprising: a channel selection unit.
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